LED kontrola svjetline

U nekim slučajevima, na primjer, kod svjetiljki ili rasvjetnih tijela za kuću, potrebno je prilagoditi svjetlinu sjaja. Čini se da je lakše: samo promijenite struju putem LED-a, povećavajući ili smanjujući otpornik koji ograničava otpor, Ali u ovom slučaju, značajan dio energije trošit će na ograničavajući otpornik, što je potpuno neprihvatljivo s autonomnim napajanjem iz baterija ili akumulatora.

Pored toga, promijenit će se boja LED-ova: na primjer, bijela kada je struja niža od nazivne (za većinu LED-a 20mA) imat će malo zelenkastu nijansu. Takva promjena boje u nekim je slučajevima potpuno beskorisna. Zamislite da ove LED lampice osvjetljavaju zaslon televizora ili monitora računala.

Princip rada PWM - regulacija

U tim se slučajevima prijavite PWM - regulacija (širina pulsa), Značenje je u tome svjetlećom diodom povremeno se pali i gasi. U ovom slučaju, struja ostaje nominalna kroz čitavo vrijeme bljeska, pa ni spektri luminescence nisu izobličeni. Ako je LED bijeli, tada se neće pojaviti zelene nijanse.

Pored toga, ovom metodom upravljanja napajanjem gubici energije su minimalni, učinkovitost PWM krugova koji su pod kontrolom je vrlo visok i dostiže preko 90 posto.

Princip upravljanja PWM-om prilično je jednostavan, a prikazan je na slici 1. Različit omjer vremena upaljenog i ugašenog stanja u oku doživljava se kao različita svjetlina: kao u filmu - odvojeno prikazani naizmjence kadrovi se percipiraju kao pokretna slika. Sve ovisi o učestalosti projekcije, o čemu će biti govora malo kasnije.

Slika 1. Načelo regulacije PWM-a

Na slici su prikazani dijagram signala na izlazu upravljačkog uređaja PWM (ili glavnog oscilatora). Nula i jedan su označeni sa logičke razine: logička jedinica (visoka razina) uzrokuje da svijetli LED, a logička nula (niska razina), istina.

Iako sve može biti obrnuto, budući da sve ovisi o krugu izlazne tipke, LED se može uključiti nisko, a isključeno, samo visoko. U tom će slučaju fizički logička jedinica imati nisku razinu napona, a logička nula visoka.

Drugim riječima, logička jedinica uzrokuje uključivanje nekog događaja ili procesa (u našem slučaju LED osvjetljenje), a logička nula trebala bi onemogućiti taj postupak. Odnosno, nije uvijek visoka razina na izlazu digitalnog mikro kruga LOGIC jedinica, sve ovisi o tome kako je izgrađen određeni krug. Ovo je za informaciju. Ali za sada pretpostavljamo da ključ kontrolira visoka razina, a naprosto ne može biti drugačije.

Učestalost i širina kontrolnih impulsa

Treba napomenuti da razdoblje ponavljanja (ili učestalosti) impulsa ostaje nepromijenjeno. No, općenito, frekvencija impulsa ne utječe na svjetlinu sjaja, stoga ne postoje posebni zahtjevi za stabilnost frekvencije. U ovom se slučaju mijenja samo trajanje (ŠIRINA) pozitivnog impulsa, zbog čega djeluje cijeli mehanizam modulacije širine impulsa.

Trajanje kontrolnih impulsa na slici 1 izraženo je u %%. To je takozvani "faktor ispunjavanja" ili, u engleskoj terminologiji, DUTY CYCLE. Izražava se kao odnos trajanja kontrolnog impulsa prema razdoblju ponavljanja impulsa.

U ruskoj se terminologiji obično koristi "Radni ciklus" - omjer razdoblja i vremenskog impulsaa. Dakle, ako je faktor punjenja 50%, tada će radni ciklus biti jednak 2.Ovdje nema suštinske razlike, stoga možete upotrijebiti bilo koju od ovih vrijednosti, kome je to prikladnije i razumljivije.

Ovdje bi se, naravno, mogli dati formule za izračun radnog ciklusa i CILJ DUTIJA, ali kako ne bi komplicirali prezentaciju, mi ćemo bez formula. U ekstremnim slučajevima, Ohmov zakon. Ništa se ne može učiniti: "Ne znate Ohmov zakon, ostanite kod kuće!" Ako je neko zainteresiran za ove formule, onda ga uvijek može pronaći na Internetu.

PWM frekvencija za zatamnjenje

Kao što je gore spomenuto, za stabilnost PWM pulsne frekvencije nisu postavljeni posebni zahtjevi: dobro, ona "lebdi" malo i u redu. Uzgred, takva je frekvencijska nestabilnost prilično velika, imaju PWM kontroleri bazirano na integriranom timeru NE555što ne ometa njihovu upotrebu u mnogim dizajnu. U ovom je slučaju važno samo da ta frekvencija ne padne ispod određene vrijednosti.

Kolika bi trebala biti frekvencija i koliko nestabilna može biti? Ne zaboravite da govorimo o dimmerima. U filmskoj tehnologiji postoji izraz "kritična frekvencija treperenja". To je frekvencija kojom se pojedine slike prikazane jedna za drugom percipiraju kao pokretna slika. Za ljudsko oko ova frekvencija je 48Hz.

Iz tog razloga je učestalost snimanja na filmu bila 24 kadra / sek (televizijski standard 25 kadrova / sek). Kako bi povećali tu frekvenciju na kritičnu, filmski projektori koriste dvostruki zatvarač (zatvarač) koji se dvaput preklapa na svaki prikazani kadar.

U amaterskim usko-filmskim projektorima od 8 mm frekvencija projekcije bila je 16 sličica / sek, tako da je zasun imao čak tri noža. Iste svrhe na televiziji služi i činjenica da je slika prikazana u pola kadra: najprije neparne, a zatim i neparne linije slike. Rezultat je treperenje frekvencije 50Hz.

Rad LED u PWM načinu rada je zasebna bljeskalica podesiva trajanja. Da bi ti bljeskovi bili vidljivi okom kao neprekinuti sjaj, njihova frekvencija ne smije biti manje od kritične. Koliko god želite, ali ni na koji način niže niže. Ovaj faktor treba uzeti u obzir prilikom stvaranja PWM - regulatori za čvora.

Usput, samo kao zanimljiva činjenica: znanstvenici su nekako utvrdili da je kritična frekvencija za pčelinji pogled 800Hz. Stoga pčela film na ekranu vidi kao niz pojedinačnih slika. Da bi ona vidjela pokretnu sliku, morat će se povećati frekvencija projiciranja na osam stotina polovica u sekundi!

Funkcijski dijagram PWM regulatora

Za kontrolu stvarnog LED koristi se tranzistorska ključna faza, U posljednje vrijeme najčešće se koristi u tu svrhu tranzistori mosfet, omogućavajući vam znatnu snagu (upotreba konvencionalnih bipolarnih tranzistora u te svrhe smatra se jednostavno nepristojnim).

Takva potreba (moćan MOSFET tranzistor) javlja se s velikim brojem LED dioda, na primjer, s pomoću LED trake, o čemu će biti govora kasnije. Ako je snaga mala - kada koristite jednu - dvije LED, možete koristiti tipke s niskom potrošnjom energije bipolarni tranzistori, i ako je moguće, LED spojite izravno na izlaze mikro krugova.

Slika 2 prikazuje funkcionalni dijagram PWM regulatora. Kao upravljački element, otpornik R2 uobičajeno je prikazan na dijagramu. Zakretanjem ručke moguće je promijeniti radni ciklus upravljačkih impulsa u propisanim granicama, a samim tim i svjetlinu LED-ova.

Slika 2. Dijagram funkcionalnosti PWM regulatora

Na slici su prikazana tri lanca serijski spojenih LED-a s ograničavajućim otpornicima. Otprilike isti priključak koristi se u LED trakama. Što je traka duža, više je LED-ova, veća je potrošnja struje.

U tim je slučajevima to snažno regulatora na tranzistorima MOSFETčija je dopuštena struja odvoda trebala biti malo veća od struje koju troši traka. Potonji se zahtjev ispunjava prilično lako: na primjer, tranzistor IRL2505 ima ispusnu struju od oko 100A, napon odvoda od 55V, dok su njegova veličina i cijena dovoljno privlačni za upotrebu u raznim izvedbama.

PWM glavni oscilatori

Mikrokontroler (najčešće u industrijskim uvjetima) ili sklop izrađen na mikrovezama malog stupnja integracije, može se koristiti kao glavni oscilator PWM-a. Ako kod kuće treba proizvesti malu količinu PWM regulatora, ali nema iskustva u stvaranju uređaja mikrokontrolera, onda je bolje napraviti regulator na onome što je sada pri ruci.

Ovo može biti logički čip serije K561, integrirani tajmer NE555kao i specijalizirane mikročipe dizajnirane za prebacivanje napajanja, U toj se ulozi čak možete potruditi operativno pojačalosastavili su podesivi generator na njemu, ali to je, možda, "iz ljubavi prema umjetnosti". Stoga će se u nastavku razmatrati samo dvije sheme: najčešća na 555 timeru i na UC3843 UPS kontroleru.

Shema glavnog oscilatora na timeru 555

Slika 3. Shema glavnog oscilatora

Ovaj je krug redoviti generator kvadratnih valova čija je frekvencija postavljena kondenzatorom C1. Kondenzator se puni putem kruga "Izlaz - R2 - RP1-C1 - zajednička žica". U ovom slučaju, izlaz mora imati napon visoke razine, što je ekvivalentno činjenici da je izlaz spojen na plus pol izvora napajanja.

Kondenzator se prazni kroz krug "C1 - VD2 - R2 - izlaz - zajednička žica" u vrijeme kad je izlaz niskog napona, - izlaz je spojen na zajedničku žicu. Ova razlika u stazama naboja - pražnjenje kondenzatora za podešavanje vremena - pruža impulse podesive širine.

Treba napomenuti da diode, čak i iste vrste, imaju različite parametre. U ovom slučaju, njihov električni kapacitet igra ulogu, koji se mijenja pod utjecajem napona na diodama. Stoga, uz promjenu radnog ciklusa izlaznog signala, mijenja se i njegova frekvencija.

Glavna stvar je da ona ne postane manja od kritične frekvencije, što je spomenuto malo gore. Inače će se, umjesto ujednačenog sjaja s različitom svjetlošću, vidjeti pojedini bljeskovi.

Otprilike (opet, krive su diode), frekvencija generatora može se odrediti dolje prikazanom formulom.

Učestalost PWM generatora na tajmeru 555.

Ako u formuli zamijenimo kapacitivnost kondenzatora u farads, otpor u Ohmima, rezultat bi trebao biti u Hz Hz: od SI sustava ne možete nigdje doći! Podrazumijeva se da se motor s varijabilnim otporom RP1 nalazi u srednjem položaju (u formuli RP1 / 2), što odgovara izlaznom signalu oblika meandera. Na slici 2 to je upravo onaj dio na kojem je naznačeno trajanje impulsa od 50%, što je ekvivalent signalu s radnim ciklusom 2.

PWM glavni oscilator na UC3843 čipu

Njegov je krug prikazan na slici 4.

Slika 4. Shema PWM glavnog oscilatora na UC3843 čipu

UC3843 čip je upravljački regulator PWM-a za prebacivanje napajanja i koristi se, na primjer, u računalnim izvorima ATX formata. U ovom se slučaju tipična shema njegovog uključivanja malo mijenja u smjeru pojednostavljenja. Za kontrolu širine izlaznog impulsa, na ulaz u krug primjenjuje se regulacijski napon pozitivne polarnosti, a zatim se na izlazu dobiva PWM signal s modulom širine impulsa.

U najjednostavnijem slučaju, regulatorni napon može se primijeniti pomoću promjenjivog otpornika s otporom 22 ... 100K. Ako je potrebno, upravljački napon se može dobiti, na primjer, od analognog senzora svjetlosti napravljenog na fotoresistoru: što je tamniji prozor, svjetlija je soba.

Regulacijski napon utječe na izlaz PWM-a, tako da kada se smanji, širina izlaznog impulsa raste, što uopće nije iznenađujuće.Napokon, početna svrha UC3843 čipa je stabilizirati napon napajanja: ako izlazni napon padne, a s njim i regulacijski napon, tada trebate poduzeti mjere (povećati širinu izlaznog impulsa) kako biste malo povećali izlazni napon.

Regulacijski napon u izvorima napajanja nastaje u pravilu pomoću zener dioda. Najčešće je TL431 ili slično.

S vrijednostima dijelova navedenih na dijagramu, frekvencija generatora je oko 1 KHz, a za razliku od generatora na 555 tajmeru, on ne "lebdi" kad se radni ciklus izlaznog signala promijeni - zabrinutost je zbog postojanosti frekvencije uključivanja napajanja.

Da bi se regulirala značajna snaga, na primjer, LED traka, ključni stupanj MOSFET tranzistora treba spojiti na izlaz, kao što je prikazano na slici 2.

Moglo bi se razgovarati više o PWM regulatorima, ali za sada se malo zaustavimo na tome, a u sljedećem ćemo članku razmotriti različite načine povezivanja LED-ova. Uostalom, nisu sve metode podjednako dobre, postoje i one koje treba izbjegavati, a upravo je dovoljno grešaka pri povezivanju LED-ova.

Nastavak članka:Dobri i loši obrasci ožičenja LED-a

Boris Aladyskin